Titelaufnahme

Titel
Coloring meshes of archaeological datasets / von Michael Birsak
VerfasserBirsak, Michael
Begutachter / BegutachterinWimmer, Michael
Erschienen2012
UmfangVI, 80 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2012
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Kulturerbe / Dreiecksgitter / Texturierung / Poisson-Gleichung / Energieminimierung
Schlagwörter (EN)Cultural Heritage / Triangle meshes / Texturing / Poisson equation / Energy minimization
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-59235 Persistent Identifier (URN)
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Coloring meshes of archaeological datasets [22.78 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Archäologische Monumente werden heutzutage mittels Digitalisierung für zukünftige Generationen aufbewahrt. Hierzu werden Laserscanner in Verbindung mit registrierten Kameras eingesetzt, um sowohl die Geometrie als auch die Farbinformation aufzunehmen. Die Geometrie wird oft trianguliert, sodass eine kontinuierliche Abbildung der Fotos auf die Geometrie ermöglicht wird. Die Abbildung der Farbinformation zur qualitativ hochwertigen Rekonstruktion von Teilen der Modelle ist nicht unproblematisch. In der Praxis überlappen sich die aufgenommenen Bildregionen. Setzt man nun voraus, dass ein Dreieck des Modells die Farbinformation von nur einem einzigen Foto erhält, so gibt es eine riesige Anzahl an Möglichkeiten, die Fotos auf die Dreiecke abzubilden. Dieses Labeling-Problem wird bereits in der Literatur behandelt. Es existieren auch bereits Methoden um jene Bereiche, die von unterschiedlichen Fotos texturiert werden und daher zu Stoßkanten führen, farblich an einander anzupassen. Diese Stoßkanten entstehen durch unterschiedliche Beleuchtungssituationen während der Aufnahme der Fotos.

In dieser Diplomarbeit verbessern wir übliche Labeling-Methoden durch die Einführung einer akkuraten geometriebasierten Verdeckungserkennung.

Ein Octree wird verwendet, um schnell jene Teile des Modells auszufiltern, welche ohnehin nicht für eine Verdeckung in Frage kommen.

Die Verdeckungserkennung verhindert, dass Teile des Modells Bildmaterial von Fotos erhalten, welche nicht die erwartete Region, sondern die Farben eines verdeckenden Objekts enthalten.

Weiters wird eine vorgeschlagene Methode zur farblichen Anpassung der Stoßkanten für Dreiecksnetze verbessert, indem ein neuer Term in jenes Kleinstquadrat-Problem hinzugefügt wird, welches zu der vorgeschlagenen Methode korrespondiert. Dieser neue Term benachteiligt große Funktionswerte der Leveling-Funktion und hilft, dass die angepassten Farbwerte nicht den gültigen Bereich verlassen. Für bessere Filterungsresultate verbessern wir die vorgeschlagene Berechnung eines ein Pixel breiten Randes um die farblich angepassten Bildregionen, indem wir die Normalvektoren für den Rand der Regionen berechnen, um so eine benutzerdefinierte Skalierung der Regionen zu ermöglichen.

Zur einfacheren manuellen Bearbeitung verbleibender Artefakte in den Fotos stellen wir eine Applikation zur Generierung von Schwarzweiß-Masken vor. Diese Masken zeigen jene Regionen der Fotos, welche zur Texturierung des 3D-Modells verwendet werden.

Zur performanten Visualisierung von 3D-Modellen mit einer großen Texturmenge verwenden wir Virtual Texturing. Wir präsentieren eine Applikation, welche die dafür notwendigen Datenstrukturen Atlas und Tile Store in deutlich kürzerer Zeit als existierende Scripts generiert.

Zu guter Letzt zeigen wir, wie alle erwähnten Funktionalitäten in eine Visualisierungsapplikation integriert werden, welche einen Grafiker bei der Nachbearbeitung eines digitalisierten archäologischen Monuments unterstützen kann.

Zusammenfassung (Englisch)

Archaeological monuments are nowadays preserved for future generations by means of digitization. To this end, laser scanners in conjunction with registered cameras are used to gather both the geometric and the color information. The geometry is often triangulated to allow a continuous mapping of the photos onto the geometry. The color mapping for high-quality reconstructions of parts of the models is not without problems. In practice, the photos overlap. Now, assuming that a particular triangle receives color information from just one photo, there is a huge number of possibilities to map the photos onto the triangles. This labeling problem is already covered in literature. There are also approaches for the leveling of the remaining seams that arise because of the different lighting situations during the exposure of the photos.

In this thesis, we improve common labeling approaches by the introduction of an accurate geometry-based occlusion detection. An octree is used to quickly filter out parts of the model that do not come into consideration for an occlusion anyway. The occlusion detection prevents texturing of parts of the model with image material that does not contain the expected region, but the colors of an occluder.

Further, a proposed approach for seam leveling on meshes is improved by the introduction of a new term into the least squares problem that corresponds to the proposed leveling approach. This new term penalizes big leveling function values and helps to keep the leveled color values in the valid range. For better filtering results, we improve the proposed calculation of a 1-pixel wide boundary around the leveled patches by the introduction of outline normals for a user-defined scale of the patches.

For easier manual editing of remaining artifacts in the photos, we introduce an application for the generation of black-and-white masks that indicate regions of the photos that are used for texturing of the 3D model.

For the high-performance visualization of 3D models with a huge amount of textures, we make use of virtual texturing. We present an application that generates the needed data structures atlas and tile store in significantly less time than existing scripts.

Finally, we show how all the mentioned functionalities are integrated into a visualization application that can support a graphic artist in the post-processing of a digitized archaeological monument.